Results of field experiment on nitrogen application 2019_Cover_OneSoil Blog

Как спутниковые снимки превращаются в NDVI

Что такое NDVI? Как он появляется в приложениях OneSoil? И почему вегетационный индекс поля не обновляется каждую секунду? Сегодня мы готовы раскрыть все секреты.
Philip Kondratenko_OneSoil Agronomist
Анна Наркевич
Агент технической поддержки в OneSoil
Привет! Меня зовут Анна, я отвечаю за техническую поддержку в OneSoil. Скорее всего, мы уже знакомы, если вы когда-либо писали нам в приложениях или в социальных сетях. Достаточно часто мне приходят вопросы про индекс вегетации NDVI, частоту его обновлений и точность. Так что сегодня я расскажу, как мы обрабатываем терабайты спутниковых изображений и превращаем их в удобные карты NDVI. Ещё я отвечу на два популярных вопроса: «Почему индекс NDVI моих полей не обновляется?» и «Почему в приложениях OneSoil показываются устаревшие карты?»
Но для начала, что такое NDVI? Нормализованный вегетационный индекс, также известный как NDVI, — это показатель здоровья растения. Он вычисляется по тому, как растение отражает и поглощает разные световые волны. Здоровое растение активно поглощает красный свет и отражает ближний инфракрасный, а больное — ровно наоборот. Эту информацию мы получаем благодаря спутникам. Солнечный свет падает на растения, световые волны одной длины поглощаются, волны другой длины отражаются — и спутник улавливает все эти данные с помощью своих датчиков.

Индекс вегетации полезен, если вы хотите дистанционно наблюдать за состоянием ваших полей. Но прежде чем превратится в карту NDVI в мобильном или в веб-приложении OneSoil, спутниковые изображения совершают довольно сложное путешествие.

Шаг 1:
Спутники фотографируют Землю

Всё начинается со спутников в космосе. В платформе OneSoil мы используем только изображения спутников Sentinel-2 программы Copernicus. Copernicus – это спутниковая программа наблюдения и мониторинга Земли, запущенная Европейской комиссией.

Снимки Sentinel-2 хорошо подходят для нужд сельского хозяйства, так как они имеют разрешение 10 метров и обновляются каждые 3-5 дней.

Спутникам нужно 10 дней, чтобы облететь Землю 143 раза по орбите. За это время они делают снимки всей поверхности Земли. Далее эти фотографии отправляются в наземные центры обработки и архивирования данных, где изображения обрабатываются, нарезаются на более мелкие квадраты и загружаются в облачное хранилище Copernicus. Туда они попадают спустя 2-12 часов после съёмки.
1 — Орбиты спутников Sentinel; 2 — Сетка снимков Sentinel-2
В этот момент вступаем в игру мы.

Шаг 2:
Мы обрабатываем спутниковые снимки

Наша главная цель — показать вам точный индекс NDVI как можно скорее. Ежедневно мы получаем около 300 гигабайтов необработанных данных. Это от 200 до 300 спутниковых изображений, каждое из которых отображает площадь 100 на 100 км. Чтобы использовать их при расчёте NDVI, мы автоматически сжимаем полученные данные и обрабатываем их.

Обработка изображения — важный шаг, потому что часто на спутниковых снимках видны снег и облака. Но только чистые изображения позволяют оценить состояние вегетации, поэтому мы разработали собственные алгоритмы для поиска и фильтрации облаков, теней от них и снега. Бум! Вот и ответ на вопрос «почему индекс NDVI моего поля не обновлялся?» Если погода плохая и небо затянуто миллионом облаков, то изображения будут «грязными», и у нас будет недостаточно данных для расчёта NDVI.
Спутниковый снимок до (3) и после (4) распознавания облаков
После чистки наступает стадия расчёта индекса вегетации. Чтобы определить значение NDVI в определённой точке изображения, мы используем следующую формулу:

NIR – поглощение и отражение инфракрасных лучей
RED – поглощение и отражение красных лучей
Затем мы расшифровываем рассчитанные значения и задаём им цвета, которые соответствуют диапазону NDVI.

Шаг 3:
Показываем вегетацию в приложениях OneSoil

После всех этих операций мы показываем индекс NDVI в наших приложениях. Ура! Когда вы знаете NDVI, осматривать поля становится проще: вы можете пропустить части поля, на которых всё хорошо, и направится сразу в проблемные области. Индекс вегетации не может рассказать, что именно влияет на ваши посевы — это подсказка о том, что происходит на поле в данный момент. Существует несколько сценариев использования NDVI для анализа поля: они отличаются в начале, в середине и в конце сезона. Чтобы узнать больше, прочитайте эту статью.

И теперь, когда вы понимаете, как мы получаем NDVI, я хочу затронуть ещё один важный вопрос: «Почему в приложениях OneSoil показываются устаревшие карты?». Давайте представим двухслойный торт. Когда вы открываете веб-приложение OneSoil, вы видите карты Google. В мобильном приложении — карты Mapbox. Это нижний слой. Поверх него, вторым слоем, мы накладываем индекс NDVI. Почему это важно? Мы отвечаем только за изображение NDVI и его точность. Так что если вы видите устаревшие карты (например, старые здания, неправильные дороги и т.п.) — мы, к сожалению, не можем на это повлиять. Но хорошая новость в том, что карты не влияют на точность NDVI или какие-либо другие расчёты в приложениях OneSoil.
Спутниковый снимок поля (5) и карта (6) NDVI в платформе OneSoil

Итоги

Давайте подведём итоги: вот два основных момента, которые я считаю важными.

Во-первых, NDVI — это математический расчёт, а не спутниковое изображение само по себе. Он рассчитывается на основе регулярно обновляемых снимков и отображается в мобильном и в веб-приложении OneSoil в виде отдельного слоя данных.

Во-вторых, NDVI не обновляется каждую секунду, час или даже день. Обычно фотографии определённого региона делаются каждые 3-5 дней, а если погода была облачная, то расчёт NDVI может занять ещё больше времени.
Вот совет, который сэкономит вам время
Включите уведомления в настройках мобильного приложения OneSoil Scouting. Мы отправим вам пуш-уведомление на телефон, когда для вас появится новое изображение индекса NDVI!
Надеюсь, это было полезно! Если у вас есть вопросы или идеи для статей, напишите мне.
Иллюстрация
Иллюстрация
Нравится этот пост?
Статьи по теме
Комментарии